Inauguré en grande pompe en 1934, l'Institut de neurologie de Montréal est le fruit du travail du neurochirurgien Wilder Penfield. Cet Américain d'origine, attiré à Montréal par les dirigeants de McGill, crée une institution où les neurochirurgiens, les neurologues et les physiologistes peuvent collaborer à la fois en traitant les malades et en contribuant à l'avancement des connaissances. Du côté francophone, Armand Frappier met sur pied en 1938 l'Institut de microbiologie et d'hygiène de Montréal, un lieu important de la recherche biomédicale. Plusieurs vaccins y seront développés et produits à grande échelle. En 1975, il a été rebaptisé « Institut Armand Frappier » en hommage à son fondateur.
En 1951, le gouvernement du Québec demande au docteur Jacques Genest d'étudier l'organisation de la recherche médicale en Europe et, plus particulièrement, le fonctionnement des institutions de pointe. De cette étude naîtra le premier département de recherches cliniques du Canada français. Dirigé par Genest, ce département devient en 1967 l'Institut de recherches cliniques de Montréal (IRCM). En 1954, c’est au tour de l’institut de cardiologie de voir le jour grâce aux efforts du docteur Paul David. C’est dans ce lieu que le docteur Pierre Grondin réussit la première transplantation cardiaque à l’été de 1968, soit moins d’un an après la première mondiale réalisée par le docteur Christiaan Barnard, en Afrique du Sud.